经过前面的文章，我们已经能够在canvas画布上画出各种炫酷的图形和画面，但是这些画面都是禁止的，怎么样才能让他们动起来呢？

• 如何绘制基本图形可以参考：canvas基本图形绘制
• 如何对基本图形移动旋转缩放可以参考：canvas图形变换
• 如何设置基本图形颜色和样式可以参考：canvas样式和颜色
• 如何使用外部图片以及图形组合可以参考：canvas使用图片，图形组合以及裁剪
• canvas如何保存和加载图像可以参考：canvas图像保存
• canvas系列教程可以参考：canvas

动画的基本步骤

我们知道，动画是一帧一帧的画面不断反映实现的，人的眼睛看到一幅画或一个物体后，在0.34秒内不会消失。利用这一原理，在一幅画还没有消失前播放下一幅画，就会给人造成一种流畅的视觉变化效果。在canvas中，就是在绘制完当前画面之后，快速的绘制下一个画面。步骤如下：

• 清空canvas。
  • 除非接下来要画的内容会完全充满 canvas （例如背景图），否则你需要清空所有画布上的内容。最简单的做法就是用clearRect方法。
• 保存canvas状态。
  • 如果你要改变一些会改变 canvas 状态的设置（样式，变形之类的），又要在每画一帧之时都是原始状态的话，你需要先保存一下。
• 绘制动画图形（animated shapes）。
  • 这一步才是重绘动画帧。
• 恢复 canvas 状态。
  • 如果已经保存了 canvas 的状态，可以先恢复它，然后重绘下一帧。

操纵动画

在 canvas 上绘制内容是用 canvas 提供的或者自定义的方法，而通常，我们仅仅在脚本执行结束后才能看见结果，比如说，在 for 循环里面做完成动画是不太可能的。

因此，为了实现动画，我们需要一些可以定时执行重绘的方法。window对象提供了下面的方法实现定时动画：

• setInterval(function, delay)当设定好间隔时间后，function会定期执行
• setTimeout(function, delay)在设定好的时间之后执行函数
• requestAnimationFrame(callback)告诉浏览器你希望执行一个动画，并在重绘之前，请求浏览器执行一个特定的函数来更新动画。

如果你并不需要与用户互动，你可以使用setInterval()方法，它就可以定期执行指定代码。如果我们需要做一个游戏，我们可以使用键盘或者鼠标事件配合上setTimeout()方法来实现。通过设置事件监听，我们可以捕捉用户的交互，并执行相应的动作。

window.requestAnimationFrame()这个方法提供了更加平缓并更加有效率的方式来执行动画，当系统准备好了重绘条件的时候，才调用绘制动画帧。一般每秒钟回调函数执行60次，也有可能会被降低。

在使用window.requestAnimationFrame()方法的过程中，我推荐使用下面的兼容性方法来代替：

window.requestAnimationFrame = (function(){return  window.requestAnimationFrame       ||window.webkitRequestAnimationFrame ||window.mozRequestAnimationFrame    ||window.oRequestAnimationFrame      ||window.msRequestAnimationFrame     ||function (callback) {window.setTimeout(callback, 1000 / 60);};
})();

canvas动画实例-模拟小球自由落体运动

上面介绍了canvas动画的基本概念，接下来我们将会在canvas中实现小球下落的动画。小球的完整代码再本文结尾。点击可跳转到结尾。

绘制小球

首先需要在canvas上绘制一个小球。

var ctx = document.getElementById('canvas').getContext('2d');
if (!ctx) {console.log('您的浏览器不支持canvas');// 可以抛出异常强制结束JS执行throw new Error("Do not support canvas");
}var ball = {x: 100,  // 小球的x坐标y: 100,  // 小球的y坐标radius: 25,  // 小球半径color: 'cyan', // 小球颜色draw: function() {  // 绘制小球的函数ctx.beginPath();ctx.arc(this.x, this.y, this.radius, 0, Math.PI * 2, true);ctx.closePath();ctx.fillStyle = this.color;ctx.fill();},clear: function() {  // 清除小球区域的函数ctx.clearRect(this.x - this.radius,this.y - this.radius,this.radius * 2,this.radius * 2);}
}
ball.draw(); // 绘制小球

添加运动描述

绘制了小球之后，要添加动画，还需要为小球添加速率矢量进行移动。另外，速度也是变化的量，对于只有落体运动，还有竖直方向的重力加速度，所以还需要为小球加上加速度。

var ball = {x: 100,  // 小球的x坐标y: 100,  // 小球的y坐标vx: 0,   // 小球水平方向速度vy: 0,   // 小球竖直方向速度ax: 0,   // 小球水平方向加速度ay: 0,   // 小球竖直方向加速度dt: 1,   // 两帧之间的时间为1个单位时间radius: 25,  // 小球半径color: 'cyan', // 小球颜色s: function(v, a, t) {// 匀加速直线运动的位移公式：s=vt+1/2at^2return v * t + (1 / 2.0) * a * t * t;},dx: function() {// 计算水平方向的位移return this.s(this.vx, this.ax, this.dt);},dy: function() {// 计算竖直方向的位置return this.s(this.vy, this.ay, this.dt);},next: function() {// 计算小球下一时刻的位移this.x += this.dx();this.y += this.dy();// 计算小球下一时刻的速度：v_t = v_0 + a*tthis.vx = this.vx + this.ax * this.dt;this.vy = this.vy + this.ay * this.dt;this.boundary(0, canvas.width, canvas.height, 0);},};

假设每一帧之间的时间是单位时间，那么根据当前小球的位置速度和加速度，我们就可以计算下一帧的小球的位置和速度，此时清空上一帧的canvas，再绘制下一帧，即可实现动画效果。

var animate; // 记录动画
ball.draw();// 绘制一帧
function draw() {// 1：清空画布ctx.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);// 2：绘制小球ball.draw();// 3：计算小球的下一个状态ball.next();// 4：进入下一帧animate = window.requestAnimationFrame(draw);
}

边界处理

若没有任何的碰撞检测，我们的小球很快就会超出画布。我们需要检查小球的 x 和 y 位置是否已经超出画布的尺寸以及是否需要将速度矢量反转。

boundary: function(top, right, bottom, left) {// 检测小球下一帧是否出界，出界则补正if (this.y > bottom) {  // 下边界越界this.vy = -this.vy;  // 速度反向} else if (this.y < top) {this.vy = -this.vy;} else if (ball.x > right) {this.vx = -this.vx;  // 速度反向} else if (ball.x < left) {this.vx = -this.vx;}}

添加拖尾效果

为了使得小球运动更加逼真，可以添加拖尾效果。使用clearRect函数清除前一帧动画时，若用一个半透明的fillRect函数取代之，就可轻松制作长尾效果。

ctx.fillStyle = 'rgba(255,255,255,0.3)';
ctx.fillRect(0,0,canvas.width,canvas.height);

移动鼠标到canvas内可让小球动起来！

遗留问题和优化

在实际的生活中，小球碰撞到地面反弹的时候，反弹的高度会越来越低，因为碰撞地面损失了一部分速度。

boundary: function(top, right, bottom, left) {// 检测小球下一帧是否出界，出界则补正if (this.y > bottom) {  // 下边界越界this.vy = -this.vy;  // 速度反向this.vy = 0.9 * this.vy; // 速度损失} else if (this.y < top) {this.vy = -this.vy;} else if (ball.x > right) {this.vx = -this.vx;  // 速度反向} else if (ball.x < left) {this.vx = -this.vx;}
}

上面这种方式会偶尔使得小球无法反弹。

在碰撞地面的时候，小球的反弹之后的速度和位移，准确值需要根据严格的匀加速公式以及损失之后的速度来计算。

边界检查时上述方法是检查圆心和边界的位置，更好的方式是检查圆周和边界的距离。

源码可以以及效果可以参考这儿：本文实例

上述所有方式的源代码如下：

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head><meta charset="UTF-8"><title>ball animate</title><style>body {margin:0;padding:0;height: 100%;/*background: #000;*/overflow: hidden;}canvas {padding: 0;background: #000;border: 1px solid;}</style>
</head>
<body>
<canvas id="canvas"></canvas>
<script>var canvas = document.getElementById('canvas');var SCREEN_WIDTH = window.innerWidth,SCREEN_HEIGHT = window.innerHeight,ACCURACY = 1, ACCURACY_COMPARE = 1e-5;canvas.width = 500;canvas.height = 500;var context = canvas.getContext('2d'),animation, running = false;var Ball = function(){// x 坐标this.x = 100;// y 坐标this.y = 100;// x 方向初始速度this.vx = 10;// y 方向初始速度this.vy = 25;// x 方向位移this.dx = function() {return this.s(this.vx, this.ax, this.dt);};// y 方向位移this.dy = function() {return this.s(this.vy, this.ay, this.dt);};// 计算位移this.s = function(v, a, t){return v * t + (1 / 2.0) * a * t * t;};// x 方向碰撞速度损失this.loss_x = 0.8;// y 方向碰撞速度损失this.loss_y = 0.8;// 水平方向加速度this.ax = 0;// 竖直方向加速度this.ay = 1;// 两帧之间的时间间隔this.dt = 1;// 小球半径this.radius = 20;// 小球质量this.m = 1;// 小球颜色this.color = 'cyan';};// 小球绘制函数Ball.prototype.draw = function() {context.beginPath();context.arc(this.x, this.y, this.radius, 0, Math.PI * 2, true);context.closePath();context.fillStyle = this.color;context.fill();};// 清除小球Ball.prototype.clear = function() {context.clearRect(this.x - this.radius,this.y - this.radius,this.radius * 2,this.radius * 2);};// 获取小球下一个状态Ball.prototype.next = function() {// 记录当前状态值var current_x = this.x, current_vx = this.vx, t1, self = this,current_y = this.y, current_vy = this.vy;// 下一状态理想坐标this.x += this.dx();this.y += this.dy();// 下一状态理想速度this.vx = this.vx + this.ax * this.dt;this.vy = this.vy + this.ay * this.dt;function boundary(top, right, bottom, left) {// 边界判断，预判下一状态是否碰撞下方墙壁if (self.y > bottom) {// 越界需要重新计算速度和坐标// 计算刚好碰到边界之前的速度： vt = sqrt(2aS + v0^2)self.vy = Math.sqrt(Math.abs(2 * self.ay * (bottom - current_y) + current_vy * current_vy));self.vy = current_vy > 0 ? self.vy : -self.vy;if (isNaN(self.vy)) {self.vy = 0;self.ay = 0;self.y = bottom;return false;}// 计算从当前位置到碰撞位置的时间if (self.ay == 0) {if (self.vy == 0) {t1 = 0;} else {t1 = (bottom - current_y) / self.vy;}} else {t1 = Math.abs((self.vy - current_vy) / self.ay);}// 碰撞后速度衰减并反向self.vy = -self.vy * self.loss_y;// 碰撞后反弹的位移位置self.y = bottom + self.s(self.vy, self.ay, self.dt - t1);// 位移小于阈值，则速度归零if (bottom - self.y < ACCURACY) {self.vy = 0;self.y = bottom;self.ay = 0;}}else if (self.x > right) {// 越界需要重新计算速度和坐标// 计算刚好碰到边界之前的速度： vt = sqrt(2aS + v0^2)self.vx = Math.sqrt(Math.abs(2 * self.ax * (right - current_x) + current_vx * current_vx));self.vx = current_vx > 0 ? self.vx : -self.vx;if (isNaN(self.vx)) {self.vx = 0;self.ax = 0;self.x = right;return false;}// 计算从当前位置到碰撞位置的时间if (self.ax == 0) {if (self.vx == 0) {t1 = 0;} else {t1 = (right - current_x) / self.vx;}} else {t1 = Math.abs((self.vx - current_vx) / self.ax);}// 碰撞后速度衰减并反向self.vx = -self.vx * self.loss_x;// 碰撞后反弹的位移位置self.x = right + self.s(self.vx, self.ax, self.dt - t1);// 位移小于阈值，则速度归零if (right - self.x < ACCURACY) {self.vx = 0;self.ax = 0;self.x = right;}}else if (self.x < left) {// 越界需要重新计算速度和坐标// 计算刚好碰到边界之前的速度： vt = sqrt(2aS + v0^2)self.vx = Math.sqrt(Math.abs(2 * self.ax * (current_x - left) + current_vx * current_vx));self.vx = current_vx > 0 ? self.vx : -self.vx;if (isNaN(self.vx)) {self.vx = 0;self.ax = 0;self.x = left;return false;}// 计算从当前位置到碰撞位置的时间if (self.ax == 0) {if (self.vx == 0) {t1 = 0;} else {t1 = (current_x - left) / self.vx;}} else {t1 = Math.abs((self.vx - current_vx) / self.ax);}// 碰撞后速度衰减并反向self.vx = -self.vx * self.loss_x;// 碰撞后反弹的位移位置self.x = self.s(self.vx, self.ax, self.dt - t1);// 位移小于阈值，则速度归零if (self.x - left < ACCURACY) {self.vx = 0;self.ax = 0;self.x = left;}}else if (self.y < top) {// 越界需要重新计算速度和坐标// 计算刚好碰到边界之前的速度： vt = sqrt(2aS + v0^2)self.vy = Math.sqrt(Math.abs(2 * self.ay * (current_y - top) + current_vy * current_vy));self.vy = current_vy > 0 ? self.vy : -self.vy;if (isNaN(self.vy)) {self.vy = 0;self.ay = 0;self.y = top;return false;}// 计算从当前位置到碰撞位置的时间if (self.ay == 0) {if (self.vy == 0) {t1 = 0;} else {t1 = (top - current_y) / self.vy;}} else {t1 = Math.abs((self.vy - current_vy) / self.ay);}// 碰撞后速度衰减并反向self.vy = -self.vy * self.loss_y;// 碰撞后反弹的位移位置self.y = self.s(self.vy, self.ay, self.dt - t1);// 位移小于阈值，则速度归零if (self.y - top < ACCURACY) {self.vy = 0;self.ay = 0;self.y = top;}}else {}}boundary(0, canvas.width - this.radius, canvas.height - this.radius, 0);};function clear() {context.fillStyle = 'rgba(0,0,0,0.3)';context.fillRect(0,0,canvas.width,canvas.height);}var ball = new Ball(), animate;function draw() {clear();ball.draw();ball.next();}canvas.addEventListener('click',function(e){if (!running) {ball.x = e.clientX;ball.y = e.clientY;animate = setInterval(function() {draw();}, 20);running = true;} else {running = false;clearInterval(animate);}});ball.draw();
</script>
</body>
</html>